CN108233386A - 分布式发电调压滤波系统及方法 - Google Patents

分布式发电调压滤波系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式发电调压滤波系统及方法,分布式发电调压滤波系统包括信号采集模块以及串联在负载和配电变压器之间关键节点上的调压模块和滤波模块;信号采集模块用于采集负载和配电变压器之间的母线电压、电流以及附加关键节点电压信号;调压模块包括电压调节器和至少2台内置嵌入式电压传感器的变压器,变压器由电压调节器通过可控硅控制投切;滤波模块包括滤波器以及控制所述滤波器投切的滤波控制器。本发明通过对多个变压器和滤波器的投切,达到稳压和滤波的目的,且其调节能力可高达1000kVA、电压总谐波畸变率小于4%、适用于单相、双相及三相电型号。

Description

分布式发电调压滤波系统及方法
技术领域
本发明涉及智能调压领域,尤其涉及一种分布式发电调压滤波系统及方法。
背景技术
随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出,可再生能源发电总量大幅增加,太阳能资源丰富、分布广泛,是最具发展潜力的可再生能源,太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点,已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。
但是,越来越多的分布式可再生能源的接入,给电网管理形成了巨大的挑战,最突出的问题包括电压波动和电能质量的下降。电压波动包括幅值的波动和频率的波动,其中,幅值的波动只能通过本地调节措施保证电压的稳定;频率波动主要表现为谐波,但在分布式光伏发电系统中,输入电能直接接入配电变压器,系统较小,在这个系统中,由逆变器和变压器产生的谐波含量相对较高。随着用户对电能质量要求的提高,对分布式光伏电站的谐波治理日趋重要。
目前,在配电网接入分布式能源后,一般成熟的稳压技术包括以下4种:
1.扩展网络:现有网络的短路能力差,不利于更多的电缆接入。对网络进行扩展能提升短路能力,但是,扩展网络价格昂贵,不是一种有效稳定电压的方案;此外,扩展本地网络也不能解决电压峰值问题。
2.无功补偿:该方法对中压或高压系统非常有效,更适合于感性负载;对于含有相当比例阻性负载的低压系统需要大量的无功功率补偿,成本昂贵。此外,大量的无功投入,提高了系统负载,降低了发电系统的效率。
3.有载调压开关:在配电变压器上安装有载调压开关是一个有效调节配电网电压的方案,因为调压开关安装在变压器上,可以集中调节电压,提高网络的负载能力。但是,该方案有2个弊端:只能调节三相平衡系统、目前运行的无调压开关的变压器必须全部更换。
4.低压调节系统:该系统可以对单相进行调节,系统可以安装在不同层次的馈线上,无论三相负载平衡与否都可以有效调节。目前运行的配电变压器可以继续使用。
综上所述,低压调节系统是分布式能源接入时稳定电压的最佳方案。但是目前的低压调节系统的调节能力比较低,还不足以满足用户的需求。
根据国标GB/T 14549-1993规定,在380V、6KV和10KV配网中,电压总谐波畸变率必须分别小于5%、4%和4%。谐波治理可以通过滤波器的设计优先选择性地抑制具体配网的有害谐波含量,同时能够阻断用户电气设备对电网的污染。
因此,可以对低压调节系统进行改进开发出一种专门针对分布式能源接入的稳压滤波系统。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明公开一种分布式发电调压滤波系统及方法,其调节能力可高达1000kVA、电压总谐波畸变率小于4%、适用于单相、双相及三相电型号。
第一方面,本发明公开的一种分布式发电调压滤波系统,包括信号采集模块以及串联在负载和配电变压器之间的关键节点上的调压模块和滤波模块;信号采集模块用于采集负载和配电变压器之间的母线电压、电流以及附加关键节点电压信号;调压模块包括至少2台变压器,滤波模块包括滤波器,变压器和滤波器均由智能控制器控制,智能控制器与信号采集模块连接,用于根据信号采集模块采集的信号计算出变压器应该输出的电压参数和滤波器应该输出的滤波参数,从而控制变压器及滤波器的投切。
在上述技术方案中,整个调压滤波系统采用模块化设计,用户可根据需要只配置调压功能或滤波功能或调压滤波功能;智能控制器采用的是常规的调压和滤波算法,根据采集的信号实时计算变压器应该输出的电压参数和滤波器应该输出的滤波参数,从而控制变压器和滤波器的运行方式,整个系统通过对多个变压器和滤波器的投切,达到稳压和滤波的目的,其调节能力可高达1000kVA、电压总谐波畸变率小于4%、适用于单相、双相及三相电型号。
进一步地,信号采集模块包括电流传感器和电压传感器;电流传感器串联在负载和配电变压器之间,用于采集负载和配电变压器之间的母线电流信号;电压传感器并联在负载和配电变压器之间,用于采集负载和配电变压器之间的母线电压信号以及附加关键节点的电压信号。
进一步地,智能控制器内设有信号转换模块及计算模块,信号转换模块用于将信号采集模块采集的模拟信号转换为数字信号,计算模块用于根据数字信号计算出变压器应该输出的电压参数和滤波器应该输出的滤波参数,从而便于智能控制器控制变压器及滤波器的投切。
进一步地,智能控制器包括电压调节器和与其连接的滤波控制器,调压模块包括至少2台内置嵌入式电压传感器的变压器,这些变压器由一个电压调节器通过可控硅控制投切;滤波控制器与滤波器连接,用于控制所述滤波器的投切。
在上述技术方案中,电压调节器根据信号采集模块采集的信号计算出所有变压器应该输出的电压参数,向可控硅发送投入命令或切除命令,投入命令和切除命令相互独立,分别发送至可控硅,由可控硅控制每个变压器的投切,可控硅开分速度快,投切效率高;电压调节器还采集内嵌在变压器内的电压传感器信号,判断投切命令的时间,使得变压器投切不会引起电压暂降、电流波动和谐波的发生;调压模块中至少设置2台变压器可以提高系统的分辨率和变压幅度,通过选择性地增加或减少这些变压器的投切,实现稳压的目的;滤波控制器根据信号采集模块采集的信号计算得出的滤波参数向滤波器发送控制命令,控制滤波器的运行方式。
进一步地,变压器与可控硅之间设有接触器,在本发明中,一个可控硅可以至少控制一个接触器。
在上述技术方案中,接触器和可控硅都属于开关器件,可控硅开分速度快,不会产生电火花,工作时无噪音,驱动电流小,易于信号直接驱动,但其抗浪涌过载等能力差,易烧毁,有漏电流,在驱动小功率负载时会出现电源关不死的情况;接触器开分速度慢,但其可靠性高,受浪涌电流影响小,通断特性好,绝无漏电流的情况,两者结合使用,可实现变压器的开分速度快、受浪涌电流影响小、通断特性好等优点。
进一步地,负载和配电变压器形成的主回路上并联有保护开关,保护开关连接报警装置;当变压器与可控硅之间设置接触器时,保护开关与接触器串联。当某一变压器故障时,保护开关自动断开,并报警,在保护自身设备的情况,还方便用户及时发现问题。
进一步地,滤波器内设有旁路开关,旁路开关连接报警装置。当滤波器故障时,将其从电路分离起到保护的作用,并报警,方便用户及时发现问题。
进一步地,所述分布式发电调压滤波系统还包括投切控制模块,投切控制模块包括手动开关和自动开关,投切控制模块与变压器及滤波器连接控制两者的投切。
在上述技术方案中,当整个分布式发电调压滤波系统或其中某个器件需要维护时,可以手动或自动将其从系统中分离,不影响整个系统的正常运行。
进一步地,负载和配电变压器之间的电路为单相电、双相电或三相电中的一种。
第二方面,本发明公开了一种分布式发电调压滤波方法,包括以下步骤:
(1)在负载和配电变压器之间的关键节点上串入调压模块和滤波模块,其中,调压模块包括至少2台内置嵌入式电压传感器的变压器,变压器由电压调节器通过可控硅控制投切,滤波模块包括滤波器,滤波器由滤波控制器控制投切;
(2)通过信号采集模块采集负载和配电变压器之间的母线电压、电流以及附加关键节点的电压信号;
(3)电压调节器根据信号采集模块采集的信号计算出变压器应该输出的电压参数,向可控硅发送投入命令或切除命令,由可控硅控制变压器的投切;滤波控制器根据信号采集模块采集的信号计算出滤波器应该输出的滤波参数,向滤波器发送控制命令,控制滤波器的投切。
进一步地,步骤(1)中,在负载和配电变压器形成的主回路上并联保护开关,当变压器与可控硅之间设置接触器时,保护开关与接触器串联,并将保护开关连接报警装置。
进一步地,步骤(1)中,在滤波器内设置旁路开关,旁路开关连接报警装置。
进一步地,步骤(1)中,变压器及滤波器还可由投切控制模块直接控制控制两者的投切,投切控制模块包括手动开关和自动开关,可以手动或自动将某些需要维修的器件从系统中分离,不影响整个系统的正常运行。
进一步地,负载和配电变压器之间的电路为单相电、双相电或三相电中的一种。
上述分布式发电调压滤波系统及方法的有益效果是:
1.采用模块化设计,用户可根据需要只配置调压功能或滤波功能或调压滤波功能,通过选择性地增加或减少变压器的投切实现稳压的目的;
2.调节能力可高达1000kVA,电压总谐波畸变率小于4%,适用于单相、双相及三相电型号;
3.电压调节范围为额定值的6%,级差1.5%;
4.可配置电压调节等级范围和延时时间,智能优先选择最高值、最低值、平均值和优先级;
5.支持关键节点选择、配置灵活;
6.支持电力载波通讯、GPRS、UMTS;
7.与配电变压器同时工作,互不干扰;
8.便于集成电能质量检测(IEC 6199-2-2)和故障记录。
附图说明
图1为本发明提供的分布式发电调压滤波系统的结构框图。
图中,1、负载;2、配电变压器;3、变压器;4、滤波器;5、可控硅;6、电压调节器;7、滤波控制器;8、滤波器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例以单相电为例进行具体说明,如图1所示,分布式发电调压滤波系统包括信号采集模块、调压模块和滤波模块;信号采集模块包括电流传感器和电压传感器,电流传感器串联在负载和配电变压器之间,用于采集负载和配电变压器之间的母线电流信号,电压传感器并联在负载和配电变压器之间,用于采集负载和配电变压器之间的母线电压信号以及附加关键节点的电压信号,信号采集模块采集的信号均为模拟信号;调压模块和滤波模块串联在负载1和配电变压器2之间火线关键节点上;调压模块由至少2台智能小型变压器3串联组成,优选多台,可以提高系统的分辨率和变压幅度,这些变压器3内置嵌入式电压传感器;滤波模块包括滤波器8,变压器3和滤波器8串联接入负载1和配电变压器2之间火线的关键节点上;变压器3和滤波器8的投切由智能控制器控制,智能控制器与信号采集模块连接,用于根据信号采集模块采集的信号计算出变压器应该输出的电压参数和滤波器应该输出的滤波参数,从而控制所有变压器及滤波器的投切。
智能控制器包括电压调节器6和滤波控制器7,两者连接共用电流、电压值,且均为智能控制器;变压器3由电压调节器6通过可控硅5控制,通过选择性地增加或减少这些变压器3的投切,实现稳压的目的,滤波器8由滤波控制器7控制投切。电压调节器6和滤波控制器7内部均设有信号转换模块及计算模块,信号转换模块用于将信号采集模块采集的模拟信号转换为数字信号,计算模块用于根据数字信号计算出变压器应该输出的电压参数或滤波器应该输出的滤波参数,从而便于智能控制器控制变压器及滤波器的投切,计算模块中调压和滤波的算法均为常规算法。
信号采集由电流传感器、电压传感器完成,电压调节器6和滤波控制器7负责信号转化与分析计算;电压调节器6根据计算模块计算得出的电压参数,向可控硅5发送投入命令或切除命令,投入命令和切除命令相互独立,根据配置不同的命令分别发送至相应的可控硅4,由可控硅5控制相应变压器3的投切;滤波控制器7根据计算模块计算得出的滤波参数向滤波器8发送控制命令,控制滤波器8的运行方式。
本发明中提到的电压传感器和电流传感器优选电压互感器和电流互感器,电压互感器和电流互感器可以按比例变换电压和电流,并且可以用来隔离高电压系统,保证人身和设备的安全。在本实施例的基础上优选地,变压器3与可控硅5之间设有接触器4,一个可控硅5可以控制多个接触器4,实现变压器的开分速度快、受浪涌电流影响小、通断特性好等优点。
在本实施例的基础上优选地,负载1和配电变压器2的主回路上并联有保护开关,保护开关与接触器4串联,保护开关连接报警装置,当某一变压器故障时,保护开关自动断开,并报警。此外,滤波器8内设有旁路开关,旁路开关连接报警装置,当滤波器故障时,将其从电路分离,并报警。
整个系统可以采用投切控制模块直接控制,投切控制模块包括手动开关和自动开关,投切控制模块与变压器及滤波器连接通过接触器控制两者的投切。当系统或其中某个器件需要维护时,可以手动或自动将其从系统中分离,不影响系统的正常使用。
负载1和配电变压器2之间的电路还可以是双相电或三相电。当电路为单相电时,调压模块、滤波模块、信号采集模块只设置在一根火线上;当电路为双相电时,两根火线上都设置调压模块、滤波模块及信号采集模块;当电路为三相电时,三根火线上都设置调压模块、滤波模块及信号采集模块。
实施例2
本发明公开一种分布式发电调压滤波方法,包括以下步骤:
(1)在负载和配电变压器之间的关键节点上串入调压模块及滤波模块,其中,调压模块包括至少2台内置嵌入式电压传感器的变压器,变压器由电压调节器通过可控硅控制投切,滤波模块包括滤波器,滤波器由滤波控制器控制投切;
(2)通过信号采集模块采集负载和配电变压器之间的母线电压、电流以及附加关键节点的电压信号;
(3)电压调节器根据信号采集模块采集的信号计算出变压器应该输出的电压参数,向可控硅发送投入命令或切除命令,由可控硅控制变压器的投切,并通过变压器内置的电压传感器监测变压器内部电压,变压器的投切可实现无电压暂降、无电流波动、无谐波;滤波控制器根据信号采集模块采集的信号计算出滤波器应该输出的滤波参数,向滤波器发送控制命令,控制滤波器的投切。
优选地,步骤(1)中,在负载和配电变压器形成的主回路上并联保护开关,当变压器与可控硅之间设置接触器时,保护开关与接触器串联,并将保护开关连接报警装置;在滤波器内设置旁路开关,旁路开关连接报警装置;变压器及滤波器还可由投切控制模块直接控制控制两者的投切,投切控制模块包括手动开关和自动开关,可以手动或自动将某些需要维修的器件从系统中分离,不影响整个系统的正常运行。
负载和配电变压器之间的电路为单相电、双相电或三相电中的一种。
本发明提供的分布式发电调压滤波系统及方法的有益效果是:
1.采用模块化设计,用户可根据需要只配置调压功能或滤波功能或调压滤波功能,通过选择性地增加或减少变压器的投切实现稳压的目的;
2.调节能力可根据配置变压器和滤波器的数量决定,调节能力可高达1000kVA,电压总谐波畸变率小于4%,适用于单相、双相及三相电型号;
3.通过配置电压调节器嵌入式软件参数设置电压调节范围和级差,使电压调节范围为额定值的6%,级差为1.5%;
4通过配置电压调节器嵌入式软件参数设置调节电压等级数量和延时时间,智能优先选择最高值、最低值、平均值和优先级;
5.支持关键节点选择、配置灵活;
6.支持电力载波通讯、GPRS、UMTS;
7.与配电变压器同时工作,互不干扰;
8.便于集成电能质量检测(IEC 6199-2-2)和故障记录。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分布式发电调压滤波系统,其特征在于,包括信号采集模块以及串联在负载(1)和配电变压器(2)之间的关键节点上的调压模块和滤波模块;信号采集模块用于采集负载和配电变压器之间的母线电压、电流以及附加关键节点电压信号;调压模块包括至少2台变压器(3),滤波模块包括滤波器(8),变压器和滤波器均由智能控制器控制,智能控制器与信号采集模块连接,用于根据信号采集模块采集的信号计算出变压器应该输出的电压参数和滤波器应该输出的滤波参数,从而控制变压器及滤波器的投切。
2.根据权利要求1所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,信号采集模块包括电流传感器和电压传感器;电流传感器串联在负载和配电变压器之间,用于采集负载和配电变压器之间的母线电流信号;电压传感器并联在负载和配电变压器之间,用于采集负载和配电变压器之间的母线电压信号以及附加关键节点的电压信号。
3.根据权利要求1所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,智能控制器内设有信号转换模块及计算模块,信号转换模块用于将信号采集模块采集的模拟信号转换为数字信号,计算模块用于根据数字信号计算出变压器应该输出的电压参数和滤波器应该输出的滤波参数,从而便于智能控制器控制变压器及滤波器的投切。
4.根据权利要求1所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,智能控制器包括电压调节器(6)和与其连接的滤波控制器(7),调压模块包括至少2台内置嵌入式电压传感器的变压器,这些变压器由一个电压调节器通过可控硅(5)控制投切;滤波控制器与滤波器连接,用于控制滤波器的投切。
5.根据权利要求4所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,变压器与可控硅之间设有接触器(4),一个可控硅至少控制一个接触器。
6.根据权利要求5所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,负载和配电变压器的主回路上并联有保护开关,保护开关与接触器串联,保护开关连接报警装置。
7.根据权利要求1所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,滤波器内设有旁路开关,旁路开关连接报警装置。
8.根据权利要求1所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,所述分布式发电调压滤波系统还包括投切控制模块,投切控制模块包括手动开关和自动开关,投切控制模块与变压器及滤波器连接控制两者的投切。
9.根据权利要求1所述的分布式发电调压滤波系统,其特征在于,负载和配电变压器之间的电路为单相电、双相电或三相电中的一种。
10.一种分布式发电调压滤波方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在负载和配电变压器之间的关键节点上串入调压模块和滤波模块,其中,调压模块包括至少2台内置嵌入式电压传感器的变压器,变压器由电压调节器通过可控硅控制投切,滤波模块包括滤波器,滤波器由滤波控制器控制投切;
(2)通过信号采集模块采集负载和配电变压器之间的母线电压、电流以及附加关键节点的电压信号;
(3)电压调节器根据信号采集模块采集的信号计算出变压器应该输出的电压参数,向可控硅发送投入命令或切除命令,由可控硅控制变压器的投切,并通过内置电压传感器监测变压器内部电压;滤波控制器根据信号采集模块采集的信号计算出滤波器应该输出的滤波参数,向滤波器发送控制命令,控制滤波器的投切。
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